Elektrodynamischer Schwingantrieb für Arbeitsmaschinen, beispielsweise Siebe. Es sind elektrodynamische Schwingan triebe zur Erzeugung mechanischer Schwing bewegun:gen bei Arbeitsmaschinen, wie :Siebe, Schwingmühlen, Hämmer und dergl., be kannt.
Die Magneterregerwicklung dieser Schwingantriebe wird gewöhnlich mit Gleich- strom gespeist, während die Ankerwicklung an eine Wechselspannung angeschlossen wird. Magnetkörper und Anker des elektrodynami- schen ,Schwingantriebes sind gewöhnlich durch Federn oder sonstige elastische Mittel miteinander verbunden und können mit die sen so auf Resonanz abgestimmt werden,
d ass die zur Umkehr der Bewegungsrichtung er forderlichen Beschleunigungskräfte im we sentlichen von den Federn aufgebracht wer den, so dass der elektrodynamische Antrieb im wesentlichen nur die Nutz- und Dämp fungskräfte aufzubringen hat.
Durch :die ;Speisung des Ankers mit Wechselstrom ist die von dem Schwingan- trieb ausgeführte Schwingbewegung an die Frequenz :der zugeführten Netz-Wechselspan nung gebunden, so dass die mechanische Schwingbewegung im allgemeinen im Takte ,dieser Frequenz erfolgt. Die in Starkstrom anlagen übliche Frequenz von 50 oder 60 Htz ist jedoch für viele Arbeitsmaschinen, bei spielsweise für Bohrhämmer und Kleinkom pressoren, zu hoch.
Erfindungsgemäss wird ein elektrodyna mischer Schwingantrieb so ;gebaut, dass er mit halber Netzfrequenz schwingt. Dies kann dadurch erreicht werden, :dass das :die von Wechselstrom gespeiste Ankerwicklung durchsetzende Magnetfeld zu beiden Seiten der Mittelstellung des S:chwingankers ent gegengesetzte Richtung hat.
Dias genannte Feld kann ferner so beschaffen sein, d ass es mit zunehmendem Abstand von der Mittel stellung zunimmt. Besonders vorteilhaft ist eis in vielen Fällen, wenn :
diese Feldzunahme verhältnisgleich mit dem zunehmenden Ab- stand. erfolgt, da hierbei mit bester Annähe- rang ein sinusförmiger Verlauf der Schwin gung erreicht -wird.
Dieser letztere Fall soll .den folgenden Erläuterungen zunächst der Einfachheit hal ber zugrunde gelegt werden.
Drückt man die mit zunehmendem Ab stand von der Mittellabore (der gleich dem Schwinbungsausschlag ist) verhältnisgleich zunehmende Feldänderung in einer Formel aus, so muss also die Gleichung e = k.x (.l.) erfüllt werden, worin
EMI0002.0006
'B <SEP> die <SEP> jeweils <SEP> über <SEP> der <SEP> Ankerwicklung <SEP> im
<tb> Luftspalt <SEP> herrschende <SEP> Induktion,
<tb> x <SEP> der <SEP> jeweilige <SEP> Schwingungsausschlag
<tb> des <SEP> Ankers <SEP> aus <SEP> seiner <SEP> Mittellage <SEP> und
<tb> k <SEP> eine <SEP> Konstante <SEP> ist.
Dass mit dieser Massnahme tatsächlich eine Schwingung mit der halben Netzfre quenz erreicht wird, ergibt sich beispiels weise aus folgender Betrachtung: Ist zum Beispiel die Kreisfrequenz des den Anker speisenden Netzes c), so sei zu- nä,chst einmal vorausgesetzt, dass die Schwin gung bereits tatsächlich in der gewünschten Weise mit der halben Netzfrequenz, also ge mäss der Gleichung
EMI0002.0013
erfolgt, wobei A die Amplitude und t die laufende Zeit ist.
Für die Geschwindigkeit des Schwingankers ergibt sich dann
EMI0002.0015
während die Induktion über dem Anker im Luftspalt nach Gleichung 1 nach dem Gesetz
EMI0002.0016
verläuft. Bezeichnet nun l die aktive Leiterlänge der Ankerwicklung, so wird in der Anker wicklung durch die Bewegung des Ankers im Magnetfeld nach .der bekannten Gleichung <I>e = - . v .
l .</I> 10-s Volt (5) eine EMK von der doppelten Frequenz des mechanischen Schwingvorganges erzeugt, .wie sich unter Benutzung der Gleichungen 3 und 4 folgendermassen ergibt:
EMI0002.0028
worin (-E) also den Maximalwert der mit der Frequenz wo schwingenden EMK be deutet.
Da nun voraussetzungsgemäss die Netz spannung uc ebenfalls mit der Frequenz c"), also beispielsweise nach dem Gesetz u = U . sin (wt -f- a) schwingt, so erkennt mann aus dem Vektor bild nach Fig. 1 der Zeichnung, dass die er zeugt EMK (-E) zusammen mit dem ohm schen Spannungsabfall (JR) und dem induk- tiven Spannungsabfall (JwL) im Anker in jedem Augenblick mit der Netzspannung (U) im Gleichgewicht ist, wobei der Strom J ebenfalls mit der Netzfrequenz w umläuft.
Bei Leerlauf (J = 0) schrumpft das Span nungsverlustdreieck zusammen und -E -wird gleich U, wodurch nach Gleichung 7 und 8 die Amplitude A für Leerlauf festliegt. Bei Belastung wird gemäss dem Vektorbild in Fig. 1 durch das Auftreten der Spannungs- verluste der Wert -E kleiner und somit ge- mäss Gleichung 7 und 8 auch ,die Amplitude A etwas kleiner als bei Leerlauf.
Man erkennt also, dass der Schwingungs vorgang tatsächlich nach der Gleichung 2, d. h. mit halber Netzfrequenz, als stationärer Betrieb eintritt, da "dann die EMK (-E) wie die Netzspannung U mit der Frequenz <B>Co</B> um läuft.
Die Erzeugung des Magnetfeldes 58 kann auf verschiedene Arten erfolgen. Besonders einfache Anordnungen ergeben sich, wenn ein zeitlich im wesentlichen konstantes Magnet feld verwendet wird, beispielsweise durch Verwendung von Dauermagneten .oder gleich stromerregten Elektromagneten, dieses aber so geformt wird, dass es beiderseits der Mit- telstellung des Ankeras zueinander entgegen gesetzte Richtung hat.
Einige Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes sind in den Fig. 2 bis 8 der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 2 ist mit 1 ein Magnetkörper be zeichnet, der einen rohrförmig ausgebildeten, lamellierten !Schwinganker 2 konzentrisch umgibt. Im Innern des Rohrankers ist noch ein relativ zum Magnetkörper 1 feststehender Magnetkern 3 angeordnet. Der Magnetkörper 1 trägt an seiner zylindrischen Innenfläche eine in. Nuten eingebettete homogene gleich stromdurchflossene Wicklung 4.
Diese Gleich stromwicklung 4 erzeugt einen Kraftfluss, der sich durch die Teile 1, 2 und 3 in -der durch die gestrichelte Linie 5 angedeuteten Weise schliesst und bekanntlich nach den Randzonen zu immer ,dichter wird. Die,Grösse ,der Induktion B im Luftspalt ist an den bei den Enden des Luftspaltes am grössten und fällt nach der Mitte zu :bis auf -den Wert Null ab, wie durch die im obern. Teil der Figur gestrichelt eingezeichnete gerade Schaulinie B .graphisch dargestellt ist.
Der Rohranker 2 trägt in seinem mittle- ren Teil die an eine Wechselspannung ge legte Wicklung 6.
Das jeweils über der Ankerwicklung liegende aktive Feld nimmt mit dem Abstand von der Mittellage des Ankers nach rechts und links in umgekehrter Richtung zu, wo- durch, wie oben nachgewiesen, mechanische Schwingungen von der halben Netzfrequenz erreicht werden.
Die Feldkurve B verläuft bei dem in Fig. 2 ,dargestellten Ausführungsbeispiel, wie gezeigt, geradlinig,. Eine :solche Ausbildung der Feldkurve ist in den meisten Fällen be sonders zweckmässig. Falls es jedoch die Be triebsbedingungen des Schwingantriebes ge legentlich erfordern, können auch von der Geraden abweichende Feldkurven verwendet werden, sofern nur,die Bedingung erfüllt ist,
dass die Induktionsrichtung im Luftspalt bei derseits der Mittelstellung des Ankers ent gegengesetzt ist. Auch kann -die Feldkurve sogar beispielsweise ahne eine stetige Stei- gung ein- oder mehrfach abgestuft sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Der Magnetkörper ist wie der mit 1 bezeichnet, hat jedoch einen huf eisenförmigen Querschnitt und trägt in seiner Höhlung eine kompakte gleichstromgespeiste Erregerwicklung 7. Der Anker 2 trägt wie der eine an Wechselspannung gelegte Anker- wicklung 6 und ist in: der Figur in seiner rechten Endstellung gezeigt.
Neu ist an die sem Ausführungsbeispiel, dass sich .die An kerwicklung 6 während des Schwingens gleichzeitig im Bereiche :zweier im wesent- lichen ,homogener Magnetfelder befindet.
Zwar ist in, diesem Fall das Luftspaltfeld unter den beiden Polen im wesentlichen ho mogen, doch liegt beim :Schwingen in jedem Augenblick eine andere Anzahl von Anker- vrindungen im Bereich des Polfeldes,
so dass auch hier das jeweils insgesamt über der Ankerwicklung liegende aktive Feld von der Mittelstellung des Ankers aus nach seinen Endstellungen hin ansteigt und entgegen- ,gesetzte Richtung hat, so dass es sich somit wiederum mit der Ankerbewegung ändert.
Ähnlich ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4. Üntersohiedlich ist hier, dass der An kerdrei einzelne Ankerwieklun:gen 6a, @6b und 6c 'aufweist, von denen die beiden äussern umgekehrten Wicklungssinn :gegenüber der mittleren haben. Zweckmässig .sind die drei Ankerwicklungen in Reihe zueinander ge- schaltet.
Beim Schwingen des Ankers ist je weils eine der beiden äussern Wicklungen gleichzeitig mit der mittleren Wicklung im Bereich der Felder, und ,damit wächst von der Mittelstellung aus auch in diesem Fall das jeweils über den Ankerwicklungen ins gesamt liegende aktive Feld mit der Anker- bewegung.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungs beispiel kann auch so abgewandelt werden, dass entweder eine der beiden Ankerwicklun gen, beispielsweise die mittlere, oder die bei den äussern Ankerwicklungen fehlen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist in dem Raum zwischen den beiden Mag netpolen noch eine vorzugsweise in sieh kurz geschlossene, beispielsweise als Kupferhülse ausgebildete Kompensationswicklung 8 vor gesehen, die zusätzlich im .Sinne einer Kon stanthaltung der homogenen Felder unter den Polen wirkt, wodurch das Ansteigen des ak tiven Feldes über den Ankerwicklungen mit steigendem Abstand von der Mittellage ge währleistet ist.
Eine solche Kompensations- wicklung kann auch bei den andern Ausfüh- rungsbeispielen der Erfindung angewandt werden, ist jedoch in den übrigen Figuren der Zeichnung fortgelassen.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ent spricht im wesentlichen dem nach Fig. 4, je doch mit dem Unterschied, dass der Magnet- körper eine grössere Anzahl kleinerer Pole und Erregerwicklungen 7a-7c besitzt, und dass auch der Anker eine entsprechende An zahl einzelner Wicklungen 6a-6e aufweist, die der Reihe nach jeweils gegeneinander umgekehrte Wicklungsrichtung haben. Eine solche Ausbildung ist namentlich dann von Vorteil, wenn eine möglichst gestreckte Bau form des Schwingantriebes gewünscht wird.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen einige Ausfüh rungsbeispiele, die sieh von den übrigen da durch unterscheiden, dass bei ihnen die gleich stromdurchflossene Erregerwicklung 7 fest mit dem Anker verbunden ist. Wird hierbei der Schwingantrieb so angeordnet, dass der Anker im wesentlichen feststehend ist, wäh rend der Magnetkörper im wesentlichen die ,Schwingbewegungen ausführt, so bieten diese Ausführungsbeispiele den Vorteil, dass so wohl die Ankerwicklung,
als -auch die Er regerwicklung keinen starken Erschütterun- gen ausgesetzt sind sowie feste Anschlüsse erhalten können. Dies ist namentlich bei gro ssen Amplituden wünschenswert.
Wie oben angeführt, wird bei allen in der Zeichnung dargestellten Schwingantrieben ein zeitlich im wesentlichen konstantes Ma ,g- netfeld verwendet, dieses aber so geformt, dass es beiderseits der Mittelstellung des An- kein entgegengesetzte Richtung hat. Diese Forderung lässt sich aber noch.
auf eine grundsätzlich andere Art verwirklichen, in dem nämlich das Magnetfeld zeitlich in Ab hängigkeit von der jeweiligen Schwinganker stellung veränderlich gemacht wird. Bei spielsweise kann die Anordnung so getroffen werden, dass der Schwinganker das Erreger feld des Magnetkörpers in Abhängigkeit von seiner jeweiligen Stellung steuert oder selbst erzeugt.
Electrodynamic vibratory drive for work machines, such as sieves. There are electrodynamic Schwingan drives for generating mechanical vibratory movements: conditions in machines such as: sieves, vibrating mills, hammers and the like., Be known.
The magnetic excitation winding of these vibratory drives is usually fed with direct current, while the armature winding is connected to an alternating voltage. The magnet body and armature of the electrodynamic, vibratory drive are usually connected to one another by springs or other elastic means and can be matched to resonance with these,
that the acceleration forces required to reverse the direction of movement are essentially applied by the springs, so that the electrodynamic drive essentially only has to apply the useful and damping forces.
As a result of: the supply of the armature with alternating current, the oscillating movement carried out by the oscillating drive is linked to the frequency of the AC mains voltage supplied, so that the mechanical oscillating movement generally takes place in a cycle of this frequency. The frequency of 50 or 60 Htz, which is usual in power systems, is too high for many machines, for example for rotary hammers and small compressors.
According to the invention, an electrodynamic vibratory drive is built so that it vibrates at half the network frequency. This can be achieved by: the fact that the magnetic field penetrating the armature winding fed by alternating current has opposite directions on both sides of the center position of the swing armature.
The field mentioned can also be such that it increases with increasing distance from the central position. In many cases, ice cream is particularly beneficial if:
this field increase is proportional to the increasing distance. takes place because a sinusoidal curve of the oscillation is achieved with the best approximation.
For the sake of simplicity, the following explanations will initially be based on this latter case.
If the field change, which increases proportionally with increasing distance from the mean laboratory (which is equal to the oscillation deflection), is expressed in a formula, the equation e = k.x (.l.) Must be fulfilled, where
EMI0002.0006
'B <SEP> the <SEP> each <SEP> over <SEP> of the <SEP> armature winding <SEP> in the
<tb> air gap <SEP> prevailing <SEP> induction,
<tb> x <SEP> the <SEP> respective <SEP> oscillation deflection
<tb> of the <SEP> anchor <SEP> from <SEP> its <SEP> middle position <SEP> and
<tb> k <SEP> is a <SEP> constant <SEP>.
The fact that this measure actually achieves an oscillation at half the mains frequency can be seen, for example, from the following consideration: If, for example, the angular frequency of the mains supplying the armature c), then it is first of all assumed that the oscillation actually already in the desired way with half the network frequency, i.e. according to the equation
EMI0002.0013
occurs, where A is the amplitude and t is the running time.
For the speed of the oscillating armature this then results
EMI0002.0015
while the induction over the armature in the air gap according to equation 1 according to the law
EMI0002.0016
runs. If l designates the active conductor length of the armature winding, the armature winding in the armature winding in the magnetic field according to the well-known equation <I> e = -. v.
l. </I> 10-s volts (5) generates an EMF of twice the frequency of the mechanical oscillation process, as can be seen using equations 3 and 4 as follows:
EMI0002.0028
where (-E) means the maximum value of the EMF oscillating with the frequency where.
Since now, according to the prerequisite, the mains voltage uc also oscillates with the frequency c "), for example according to the law u = U. Sin (wt -f- a), one recognizes from the vector image according to FIG it generates EMF (-E) together with the ohmic voltage drop (JR) and the inductive voltage drop (JwL) in the armature is in equilibrium with the mains voltage (U) at all times, whereby the current J also circulates with the mains frequency w .
At no load (J = 0) the voltage loss triangle shrinks and -E becomes equal to U, whereby according to equations 7 and 8 the amplitude A is fixed for no load. Under load, according to the vector diagram in FIG. 1, the occurrence of voltage losses makes the value -E smaller and, according to equations 7 and 8, also the amplitude A is somewhat smaller than during idling.
It can therefore be seen that the oscillation process is actually according to equation 2, i.e. H. with half the network frequency, as steady-state operation occurs, since "then the EMF (-E) and the network voltage U rotate with the frequency <B> Co </B>.
The generation of the magnetic field 58 can take place in various ways. Particularly simple arrangements result when a temporally essentially constant magnetic field is used, for example by using permanent magnets or electromagnets with the same current excitation, but this is shaped in such a way that it has opposite directions on both sides of the central position of the armature.
Some embodiments of the subject invention are shown in FIGS. 2 to 8 of the drawings.
In Fig. 2, 1 is a magnetic body be characterized, which surrounds a tubular, laminated! Oscillating armature 2 concentrically. In the interior of the tubular armature, a magnet core 3 that is fixed relative to the magnet body 1 is also arranged. The magnet body 1 has on its cylindrical inner surface a homogeneous winding 4 through which current flows, which is embedded in grooves.
This direct current winding 4 generates a power flow which closes through the parts 1, 2 and 3 in the manner indicated by the dashed line 5 and, as is known, always becomes denser towards the edge zones. The, size, of the induction B in the air gap is greatest at the ends of the air gap and falls towards the middle: down to the value zero, as in the above. Part of the figure shown by dashed lines straight viewing line B. Is graphically shown.
In its central part, the tubular armature 2 carries the winding 6 connected to an alternating voltage.
The active field above the armature winding increases with the distance from the armature's center position to the right and left in the opposite direction, as a result of which, as demonstrated above, mechanical vibrations of half the network frequency are achieved.
The field curve B runs in the embodiment shown in Fig. 2, as shown, straight. Such a design of the field curve is particularly useful in most cases. However, if the operating conditions of the vibratory drive occasionally require it, field curves deviating from the straight line can also be used, provided that the condition is met,
that the induction direction in the air gap is opposite to the middle position of the armature. The field curve can even be stepped one or more times, for example, without a steady increase.
Another embodiment is shown in FIG. The magnet body is designated as 1, but has a hoof-iron cross-section and has a compact DC-fed exciter winding 7 in its cavity. The armature 2, like the one, has an armature winding 6 connected to AC voltage and is in the figure in its right end position shown.
What is new about this exemplary embodiment is that the armature winding 6 is simultaneously in the area of two essentially homogeneous magnetic fields during the oscillation.
In this case, the air gap field under the two poles is essentially homogeneous, but with the oscillation there is a different number of anchor connections in the area of the pole field at every moment,
so that here, too, the total active field above the armature winding rises from the central position of the armature to its end positions and has an opposite, set direction, so that it changes again with the armature movement.
The exemplary embodiment according to FIG. 4 is similar in that the armature has three individual armature movements 6a, 6b and 6c ', of which the two outer directions have the opposite winding direction: compared to the middle one. The three armature windings are expediently connected in series with one another.
When the armature oscillates, one of the two outer windings is simultaneously with the middle winding in the area of the fields, and so in this case too the active field over the armature windings in total increases with the armature movement from the middle position.
The embodiment shown in Fig. 4 can also be modified so that either one of the two armature windings, for example the middle one, or the outer armature windings are missing.
In the embodiment of FIG. 4, a preferably short-circuited, for example, designed as a copper sleeve compensation winding 8 is in the space between the two Mag netpolen, which also acts in the sense of a constant of the homogeneous fields under the poles, whereby the increase in the active field over the armature windings with increasing distance from the central position is guaranteed.
Such a compensation winding can also be used in the other exemplary embodiments of the invention, but is omitted in the other figures of the drawing.
The embodiment according to FIG. 5 corresponds essentially to that according to FIG. 4, but with the difference that the magnet body has a larger number of smaller poles and exciter windings 7a-7c, and that the armature also has a corresponding number of individual windings 6a-6e, which in turn have mutually opposite winding directions. Such a training is particularly advantageous when a stretched construction form of the vibratory drive is desired.
6 to 8 show some Ausfüh approximately examples that differ from the rest of the fact that with them the exciter winding 7 through which current flows directly is firmly connected to the armature. If the oscillating drive is arranged in such a way that the armature is essentially stationary, while the magnet body essentially executes the oscillating movements, these exemplary embodiments offer the advantage that the armature winding,
as - the excitation winding is also not exposed to strong vibrations and can have permanent connections. This is particularly desirable with large amplitudes.
As stated above, a magnetic field that is essentially constant over time is used in all of the vibratory drives shown in the drawing, but this is shaped in such a way that it does not have an opposite direction on either side of the center position of the axis. However, this requirement can still be met.
Realize it in a fundamentally different way, namely in which the magnetic field is made variable over time as a function of the respective oscillating armature position. For example, the arrangement can be made so that the oscillating armature controls the excitation field of the magnet body as a function of its respective position or generates it itself.